[发明专利]一种单电感多输出开关电源变换器的次环控制系统

摘要

一种单电感多输出开关电源变换器的次环控制系统，在次环控制系统中，各次环控制支路中采用内部设有上门限电压VH和下门限电压VL的迟滞比较器取代传统次环误差放大器和次环PWM比较器，各次环控制支路迟滞比较器的输入分别为n‑1个差模电压Vfbi(i＝1，2，…n‑1)，Vfbi分别与上门限电压VH和下门限电压VL进行比较，当Vfbi低于下门限电压VL时，占空比控制信号PWM为高电平，相应输出支路中的次级功率开关管打开；当Vfbi高于上门限电压VH时，占空比控制信号PWM为低电平，相应输出支路中的次级功率开关管关断，从而实现通过迟滞比较器快速调节次级占空比信号。

主权项

一种单电感多输出开关电源变换器的次环控制系统，单电感多输出电源变换器包括功率级电路和控制级电路，功率级电路设有N个输出支路,分别输出电压Voi(i＝1,2,···n)，N个输出支路共用一个电感L分时工作，控制级电路包括输出电压采样反馈网络、主环控制系统和次环控制系统，主环控制系统采用共模峰值电流模式，决定电感L的充电时间，次环控制系统采用差模电压模式，决定电感电流IL在N个输出支路中的分配，输出电压采样反馈网络的输入信号分别为N个支路的输出电压Voi(i＝1,2,···n)，输出电压采样反馈网络的输出为共模电压Vcm和n‑1个差模电压Vfbi(i＝1,2,···n‑1)，共模电压Vcm通过包括主环误差放大器、主环斜坡补偿电路、主环比较器、RS触发器以及驱动和死区控制电路构成的主环控制系统，产生主级开关占空比信号D0，控制开关电源变换器中主级功率开关管Sp0、Sn0的通断；n‑1个差模电压Vfbi(i＝1,2,···n‑1)通过包括次环误差放大器、次环PWM比较器、次级开关占空比时序控制电路和次级开关驱动电路构成的次环控制系统，产生n个次级开关占空比信号Di(i＝1,2,···n)，分别控制各输出支路中次级功率开关管Sni(i＝1,2,···n)的通断；其特征在于：在次环控制系统中，各次环控制支路中采用内部设有上门限电压VH和下门限电压VL的迟滞比较器i(i＝1,2,···n‑1)取代传统次环误差放大器和次环PWM比较器，各次环控制支路迟滞比较器的输入分别为n‑1个差模电压Vfbi(i＝1,2,···n‑1)，迟滞比较器i(i＝1,2,···n‑1)的输出分别为占空比控制信号PWM i(i＝1,2,···n‑1)与次级开关占空比时序控制电路输入端连接，将Vfbi(i＝1,2,···n‑1)分别与上门限电压VH和下门限电压VL进行比较，当Vfbi(i＝1,2,···n‑1)低于下门限电压VL时，占空比控制信号PWM i(i＝1,2,···n‑1)为高电平，相应输出支路中的次级功率开关管打开；当Vfbi(i＝1,2,···n‑1)高于上门限电压VH时，占空比控制信号PWM i(i＝1,2,···n‑1)为低电平，相应输出支路中的次级功率开关管关断，从而实现通过迟滞比较器快速调节次级占空比信号；所述各控制支路的迟滞比较器结构相同，包括六个PMOS管M1、M2、M3、M4、M5和M12以及八个NMOS管M6、M7、M8、M9、M10、M11、M13和M14，PMOS管M1的栅极连接参考电压Vref，PMOS管M2的栅极连接差模电压Vfbi(i＝1,2,···n‑1)，PMOS管M1的源极与PMOS管M2的源极互连并连接PMOS管M3的漏极，PMOS管M3的栅极连接外供偏置Vb1，PMOS管M4的栅极与PMOS管M5的栅极互连并连接PMOS管M4的漏极和NMOS管M6的漏极，PMOS管M5的漏极连接NMOS管M7的漏极以及PMOS管M12的栅极和NMOS管M13的栅极，NMOS管M6的栅极与NMOS管M7的栅极互连并连接外供偏置Vb2，NMOS管M6的源极与PMOS管M2的漏极、NMOS管M8的漏极以及NMOS管M10的漏极连接在一起，NMOS管M7的源极与PMOS管M1的漏极、NMOS管M9的漏极以及NMOS管M14的漏极连接在一起，NMOS管M14的源极连接NMOS管M11的漏极，NMOS管M8、M9、M10、M11的栅极连接在一起并连接外供偏置Vb3，PMOS管M3、M4、M5、M12的源极连接在一起并连接VDD，PMOS管M12的漏极与NMOS管M13的漏极、NMOS管M14的栅极连接在一起，作为输出端输出占空比控制信号PWMi(i＝1,2,···n‑1)，NMOS管M13的源极与NMOS管M8、M9、M10、M11的源极连接在一起并接地；下门限电压VL＝Vref‑Vt‑，上门限电压VH＝Vref‑Vt+，Vref为迟滞比较器输入的参考电压，Vt‑为迟滞比较器的负迟滞阈值点，即当迟滞比较器的输入信号Vfbi(i＝1,2,···n‑1)从高减到低时，其输出信号PWMi(i＝1,2,···n‑1)从低电平转为高电平的工作点，Vt‑＝|Vgs2|‑|Vgs1|，|Vgs1|、|Vgs2|分别为电路在负迟滞阈值点Vt‑时，PMOS管M1、M2的栅源电压，Vt+为迟滞比较器的正迟滞阈值点，即当迟滞比较器的输入信号Vfbi(i＝1,2,···n‑1)从低增加到高时，其输出信号PWMi(i＝1,2,···n‑1)从高电平转为低电平的工作点，Vt+＝|Vgs2’|‑|Vgs1’|，|Vgs1’|、|Vgs2’|分别为电路在正迟滞阈值点Vt+时，PMOS管M1、M2的栅源电压。